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           “數控機床”的新技術應用與發展 (1)

    由于數控機床是機、電、液、光學檢測為一體的多領域工程技術的結合,所以展望數控技術的發展和進步,必然脫離不開這些技術的發展。本文主要從下述幾個方面分析數控系統的發展與新技術的應用。
 (1)機床機械結構的變化導致電氣控制方式的變化。
 (2)計算機技術的進步帶動數控系統新技術的應用。
 (3)制造技術對數控系統新的要求。
 (4)全數字化驅動實現高速度、高精度控制。
 (5)系統網絡化、人性化,平臺進一步兼容開放。
      1、數控機床的結構創新
   數控機床今后的機械結構趨勢--結構簡潔。
 (1)直線電動機(Linear Motor)取代滾珠絲桿,如圖1所示。
        
                           圖 1
   其特點是:直線電動機結構簡單,控制精度高。
   傳統的滾珠絲桿傳動鏈結構需要絲桿軸承座、滾珠絲桿、聯軸器、結構復雜,傳動鏈中精度損失多(如軸承游隙、絲桿螺距誤差、絲桿反向間隙等)。而采用直線電動機可以克服由機械傳動鏈丟失的精度,另外從電氣角度看,參數設置更直接、簡便、精確。
 (2)扭矩電動機(Synchronous Built-in Servo Motor)取代蝸桿蝸輪,如圖2所示。
        
                          圖 2
   其特點是:
  a.機構簡單、成本低、便于維修保養。由于蝸桿蝸輪隸屬齒輪類加工,精度與成本成正比,高精度齒輪成本高,并且長期使用后,精度損失很難恢復。而力矩電動機克服了上述問題。
  b.控制精度高。由于蝸桿蝸輪需要速比換算,在數控系統應用中被稱之為“柔性齒輪比”計算,而力矩電動機直接驅動負載末端,傳動比為1:1,電氣參數設置簡單、精確。
 (3)內裝式高速主軸(Built-in High Speed Spindle)取代主軸變速箱,如圖3所示。
        
                           圖 3
   其特點是:結構簡單,制造成本低。
   由于傳統的主軸變速需要通過機械齒輪的切換,而機械齒輪箱結構復雜、換擋需要的控制信號多,制造、維修成本高。隨著變頻調速技術以及電動機制造技術的發展,現在制造技術可以使變頻調速范圍調寬。另外采用陶瓷軸承、油霧潤滑等新技術,高速主軸電動機軸承可達2~5萬r/min。同時低速大轉矩特性也在進一步提高。
 (4)其他機械結構創新--重心驅動(DCG--Driven at the Center of Gravity)
   從力學角度分析,在推動物體移動時,如果作用點不是在物體重心,則會產生一個扭矩M,對機床運動和定位來講就是一個不穩定因素,影響輪廓加工精度和穩定性。
   通常的單滾珠絲杠驅動力與工件受力點總是隨著加工軌跡的變化而變化的(加工過程中隨著刀具的移動,作用力與反作用力總是不同心的),也就是說工作臺所受的扭矩總是存在的。
   那么采用重心驅動就能解決上述問題,最顯著的作用就是減小振動,提高加工精度。圖4a表明是通常單絲杠傳動,b是DCG驅動的振動幅值。采用DCG結構的機床加工出來的產品表面粗糙度也不一樣,如圖5所示。圖6是采用DCG的機械機構,X、Y、Z軸全部使用2根滾珠絲杠,3軸同時進行重心驅動來提高加速度。
        
                       圖 4
         
                      圖 5
         
                      圖6: 3軸雙驅結構
 (5)其他機械結構創新——現有結構基礎上的變革
   采用內冷式滾珠絲杠。由于走刀產生大量的熱量,通過滾珠絲杠內冷裝置有效地將熱量帶走,
減小了絲杠的熱變性,保證了運動定位的精度和穩定性。如圖7所示。
       
                 圖 7
 (6)帶內置銑削電動機的轉塔
   傳統的銑削機構涉及傳動鏈、齒輪等機械部件,結構復雜、制造工藝復雜,裝置會產生大量的熱和振動。而帶內置銑削電動機的轉塔結構最大程度上減少了熱量和振動的產生,避免了傳輸損耗,并且提高了加工精度和切削性能。結構如圖8所示。
          
                  圖 8

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